脉冲发电机组作为脉冲电源的一种常见形式,广泛应用于聚变研究、电磁发射、激光器和强磁场等许多领域。它具有储能容量大、使用寿命长、连续工作性和波形可调性好等优点。用于感性大电流负载时,可以避免直接由电网供电造成的不能允许的电网电压降和破坏网络的稳定性。因此,世界上大型托卡马克聚变装置多数采用机械飞轮储能的大型脉冲发电机组作为供电电源。
一. 直流脉冲发电机
1973年,我室科研人员开始进行脉冲飞轮发电机的研究。先对60kW/6V/10kA 直流电机进行了原理性试验。
1976年1月至1986年11月,结合8号工程极向场磁场线圈采用直流飞轮发电机组供电方案的需求,乐秀夫研究员带领电机组(203组)的科研人员开始研制直流脉冲飞轮发电机,着手工程设计,从设计、安装到调试共用了10年时间。
该直流飞轮发电机是由一台绕线式异步电动机、驱动一台直流脉冲发电机和两个飞轮。机组共分电机、控制、保护、测量、工艺、和通风润滑六个专业组。为了适应不同磁场线圈的要求,选用四台20000千瓦直流脉冲发电机,可以进行单台、串、并联运行供给不同负荷。1978年底完成设计,后因1979年八号工程下马影响,工程中断。1980年至1982年为土建施工阶段及安装工艺的准备,1983年开始安装,1984年夏季四台发电机组安装完成,并进行了空载调试。1986年11月四台机组完成负载调试,发电机最大脉冲功率20000千瓦,额定空载电压500伏,最大负载电流50000安,额定空载转速368转/分,其电机出力达到预定功率,总功率为80MW,而性能优于厂方要求。
在控制、保护、灭磁和测量上应用了以下一些新的手段和措施:
(1) 控制主回路21种运行方式,采用等离子体显示;
(2) 发电机环火保护,硅堆保护;
(3) 非线性电阻快速灭磁;
(4) 测量同步采样触发装置。
该发电机组由我所提出技术要求,上海电机厂进行设计,非标加工制造,单台造价169万元;控制柜由上海华通开关厂加工制造;励磁调节,快速灭磁,电机保护、电流峰值测量、实验室供电、油路润滑由203组设计后,请工厂加工完成。协作单位还有合肥工业大学、中国科学院设计室。
迄今为止,该四台直流发电机组是我国最大的直流测试平台,除为我所受控热核聚变实验装置提供电源外,还为电感储能,强磁场实验,低压电器实验提供大功率大能量脉冲电源。多年来还承担着国内直流设备、低压开关的检测项目试验,并在直流快速开关的动热稳定试验和极限分断能力测试方面,发挥着巨大的作用。
土建施工阶段及安装工艺的准备—1980年至1982年
前排右2为地质专家奠基人一机部张有岭高级工程师,左1为基建办丛培茂主任
图为8-2电机大厅地质勘察打桩测试时参加人员留影
乐秀夫研究员与电机组人员合影(摄于1984年)
第一排左起:姜允 李智秀 黄望淑 李倚莲 杨玉兰 胡萍 贺旦莉 罗银妹
沈耐芬
第二排左起:乐秀夫 刘福国 杨全文 李自淳 周敏忠 黄诗言 史济行 黄桥林
第三排左起:许成金 许贤善 李汉明 郑光华 王永清 乔岸红
二. 交流脉冲发电机
我室自1973年,开始进行交流脉冲飞轮发电机的研究。先对75kW/380V/142A交流发电机和其整流器进行了原理性试验。
1985年10月法国聚变实验室赠送一台飞轮式交流脉冲发电机给等离子体所并用于极向场电源供电的大型发电设备,是目前我国储存能量最大、转速最高的
交流脉冲发电设备。
该机是由法国CEM公司制造的世界上屈指可数的大型脉冲发电机组之一。它是由拖动电机、齿轮增速器、惯性飞轮和同步发电机四部分组成。采用自并励为主的励磁方式,额定输出电压2.2KV,额定输出脉冲功率100MW,峰值功率120MW, 飞轮额定储能400MJ,发电机额定转速6000转/分。
该交流脉冲发电机在1995年至2000年期间,为我所HT-7超导托克马克装置加热场和垂直场提供电能,为HT-7装置获得并研究长脉冲准稳态高温等离子体,检验和发展与其相关的工程技术,保证了合肥超环各项科研任务的需要。
交流发电机电气原理图
交流飞轮发电机
EAST纵场组工作人员